成分调控对BT20钛合金焊接接头疲劳性能的影响
发布时间:2013-07-08 05:29
作者:互联网
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电子束
焊接是目前最成熟的高能束流加工方法之一。由于其具有焊缝深宽比高、
热输入小、焊接部件变形小、
工作效率高、真空中焊
接受大气污染小等优点,适合于
钛合金的焊接,在航空及航天的
钛合金焊接结构制造中得到了广泛的应用。焊接过程中焊接接头不同部位受热状态及
冷却速度都有差异,造成焊接接头各区域显微组织有较大差异,根据组织形态不同形成不同的区域,一般可分为熔合区、热影响区及母材区。这些区域除了组织上的不一致,还有显微
硬度分布上的不一致。电子束焊接焊缝深宽比高、热输入小的特点使合
金溶池快速凝固,易形成细小的针状组织,这种针状组织往往是
马氏体结构,其特点是硬而脆,焊缝塑性不足、
强度有余。为
改善焊缝区塑形,嵌料焊接是理想选择,其原理是填入合适的嵌料,通过降低焊缝区的
合金化程度来达到改善焊缝区塑性和强度匹配的目的,但嵌料焊接可能会带来焊接接头
疲劳性能的改变。为此,本研究通过在BT20钛合金电子束焊接过程中添加嵌料,改变接头熔合区的化学成分,研究成分的变化对该合金电子束焊接接头焊缝区显微组织、显微硬度以及高周疲劳性能的影响。实验所用材料为BT20锻件,尺寸为100mm×200mm×400mm,镶料为BT20-2CB
焊料,两种材料的成分见表1。焊接方法为在两块BT20锻件
坯料中间夹一块厚约1mm的BT20-2CB嵌料,在电子束焊箱中高能束流扫过该夹缝,将嵌料及其周围部分基体溶化、混合,形成合金成分不同于基体的焊缝。
合金元素 | Al | V | Mo | Zr | H | O | N |
BT20 | 6.5 | 2.0 | 1.7 | 2.2 | 0.007 | 0.12 | 0.01 |
BT20-2CB | 4.0 | 1.02 | 0.98 | 1.54 | 0.0024 | 0.10 | 0.01 |
采用嵌料焊接的方法可以改变焊缝区的显微硬度分布,焊接接头硬度由传统的“杯状”分布变为“马鞍形”分布,基材与熔合区硬度差减小。疲劳过程中,由于接头硬度高于基体,
位错首先在基体区启动,并在基材-熔合区
界面发生位错塞积。根据位错塞积能否激发熔合区内
滑移系启动,疲劳接头试样出现了两种不同的断裂位置:基材区和熔合区。在低
应力下,疲劳变形主要集中在基材内,断裂位置也在母材区,相同应力
水平下嵌料和传统焊接接头疲劳强度相当;大应力下,基材加工硬化导致熔合区内滑移系启动,熔合区粗大的柱状晶组织使变形容易局部化,导致高应力水平下嵌料焊接接头疲劳断裂位置由基材转为熔合区,疲劳性能下降。(榕霖)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。